深度文章｜国外典型电力现货市场运行的最佳实践：电能量市场与备用辅助服务市场联合优化

在考虑分区备用的情况下,利用SCUC和SCED程序出清所计算出的各项成本如表4所示,机组组合收敛精度(MIPGap)为0.1%以内。

组多开4h,机组组合情况变化不大。

对比图4与图9可知,在考虑分区备用的情况下,机组的实时出力发生变化,分别统计分区时各分区机组各时段总的出力变化,可得图13。

由图13可知当考虑分区备用时,相较于不考虑分区备用的情况,分区3的高价机组总出力变化不大,分区1与分区2机组出力水平变化较大。在非高峰时段,分区2的中价区机组出力增加,分区1低价区机组出力减少;在高峰时段分区2中区机组出力减少,分区1和分区3机组出力增加。

分别对比图5与图10、图6与图11、图7与图12可知,在两种情况下,机组的各级备用存在一定差异,考虑分区备用时,各区域各级备用按照负荷均匀分布,当不考虑分区备用时,各区域各级备用在全系统内进行优化,该情况下各时段各区域各级备用容量分别如图14、15、16所示。

在不考虑分区备用的情况下,机组成本较低的分区1提供各级备用的容量较多,分区3提供的各级备用容量相对较少。

通过上述对比可知,考虑或者不考虑分区备用联合优化区域互联电网的电能量与备用辅助服务,对机组的出力水平影响不大,两种方式下,机组的电能量成本差异较小,考虑分区备用时的机组发电成本仅比不考虑分区备用高0.25%。两种情况下,各区各级备用计划差异较大,考虑分区备用时,一级正备用、二级正备用和负备用的成本相较于不考虑分区备用时分别高出20.4%、20.9%和7.7%。但备用的总成本在总成本的占比较低,考虑分区备用的总成本仅比不考虑分区备用的总成本高0.3%。

但在不考虑分区备用的情况下,分区1与分区3之间的联络线,1天之内有21个时段(高峰时段)处于满功率运行的状态,该联络线对21、22号主力备用机组而言,转移分布因子均大于0.1,此时若分区3发生故障,该部分备用无法有效输送至分区3,其供电稳定性无法得到保障。而考虑分区备用时,无论哪个区域发生故障,区内备用均能及时输送。

故在考虑分区备用优化的情景下,系统的可靠性获得了极大的提高,因为当区间联络线阻塞或者故障,分区内的机组可以提供备用容量,而不考虑分区备用联合优化时,联络线阻塞/故障可能会导致分区备用无法跨区域有效调度。

5 结论

本文在国外典型电力市场主辅协调模式的基础上,总结出适合南方区域的电能量与备用辅助服务联合优化市场模式,同时提出系统备用需求容量、分区备用需求容量配置方法,并提出电能量与备用联合优化出清模型,通过算例分析,得出如下结论：

1）电能量与备用辅助服务联合优化,能够充分调用电能量与备用辅助服务资源,以实现区域电力现货市场下的经济最优。

2）区域间互联电网电力市场的构建,可以实现分区之间的资源互济,使各区域合理保留备用需求容量,实现系统电能量与备用总购买成本最低,具有显著的经济效益。

3）在联合优化模型中考虑分区备用以及区域间联络线传输容量约束,可以有效地解决分区间备用的有效调度,提高备用的利用率,对工程实践有一定的指导意义。

下一步,需进一步对我国区域互联电网条件下的调频、备用、电能量三者联合优化市场进行研究,以推动构建更完备的区域电力现货市场。

附录A

图A1 IEEE RTS-96系统Fig. A1 IEEE RTS-96 system

参考文献

[1]国家发改委,国家能源局.关于深化电力现货市场建设试点工作的意见[EB/OL].[2019-07-31]./zcfb/gfxwj/ 201908/W020190807332962822454.pdf

[2]陈晔,陈雨果,刘文涛,等.南方(以广东起步)电力辅助服务市场发展展望[J].南方电网技术,2018,12(12):55-63.ChenYe,ChenYuguo,LiuWentao,et al.Prospect for the development of power ancillary service market in southern China (starting from Guangdong)[J].Southern Power System Technology,2018,12(12):55-63(in Chinese).

[3]张子泳.PJM备用体系及其对广东电力市场的启示[J].云南电力技术,2019,47(1):47-50.ZhangZiyong.System of power reserve in PJM and its inspiration to Guangdong power market[J].Yunnan Electric Power,2019,47(1):47-50(in Chinese).

[4]刘建涛,朱炳铨,马经纬,等.计及可靠性的日前旋转备用容量评估指标[J].电网技术,2019,43(6):2147-2153.LiuJiantao,ZhuBingquan,MaJingwei,et al.Study on evaluation indexes of spinning reserve capacity considering reliability in day- ahead schedule[J].Power System Technology,2019,43(6):2147-2153(in Chinese).

[5]陶仁峰,李凤婷,李燕青,等.基于系统频率响应特征的电网广义旋转备用优化配置[J].电力系统自动化,2019,43(9):82-91.TaoRenfeng,LiFengting,LiYanqing,et al.Optimal configuration of generalized spinning reverse for power grid based on acteristics of system frequency response[J].Automation of Electric Power Systems,2019,43(9):82-91(in Chinese).

[6]王建学,王锡凡,丁晓莺.区域电力市场中的分区备用模型[J].中国电机工程学报,2006,26(18):28-33.WangJianxue,WangXifan,DingXiaoying.Study on zonal reserve model in power market[J].Proceedings of the CSEE,2006,26(18):28-33(in Chinese).

[7]杨建林,严正,冯冬涵.考虑分区备用的主能量—备用联合市场均衡模型[J].电力系统自动化,2009,33(11):13-17.YangJianlin,YanZheng,FengDonghan.Equilibrium model for integrated energy-reserve electricity market with regional reserve constraints[J].Automation of Electric Power Systems,2009,33(11):13-17(in Chinese).

[8]王延纬,刘凡,丁涛,等.含多分区电力系统能量备用实时优化调度的动态积极集求解算法[J].西安交通大学学报,2017,51(4):45-52.WangYanwei,LiuFan,DingTao,et al.Dynamic active set algorithm for real-time energy-reserve optimal dispatch in multi-zonal power system[J].Journal of Xi’an Jiaotong University,2017,51(4):45-52(in Chinese).

[9]曹宇峰,陈启鑫,夏清,等.基于风险预控的多区域电力网络能量-备用联合优化[J].电网技术,2014,38(8):2155-2160.CaoYufeng,ChenQixin,XiaQing,et al.Energy-reserve co- optimization in multi-area power systems towards risk precaution target[J].Power System Technology,2014,38(8):2155-2160(in Chinese).

[10]甘德强,胡朝阳,沈沉.美国新英格兰备用电力市场设计和优化新模型[J].电力系统自动化,2003,27(2):19-23.GanDeqiang,HuChaoqiang,ShenChen.Design and optimization model of USA New England reserve market[J].Automation of Electric Power Systems,2003,27(2):19-23(in Chinese).

[11]郭永明,李仲昌,尤小虎,等.计及备用容量优化配置的风火联合随机经济调度模型[J].电力系统保护与控制,2016,44(24):31-36.GuoYongming,LiZhongchang,YouXiaohu,et al.Stochastic economic dispatch model for joint delivery of wind power and thermal power generation system considering optimal scheduling of reserve capacity[J].Power System Protection and Control,2016,44(24):31-36(in Chinese).

[12]ZhengT,LitvinovE.Contingency-based zonal reserve modeling and pricing in a co-optimized energy and reserve market[J].IEEE transactions on Power Systems,2008,23(2):277-286.

[13]刘广一,陈乃仕,蒲天骄,等.电能调频和运行备用同时优化的数学模型与结算价格分析[J].电力系统自动化,2014,38(13):71-78.LiuGuangyi,ChenNaishi,PuTianjiao,et al.Mathematical model and clearing price analysis of co-optimization of energy regulation and operating reserves[J].Automation of Electric Power Systems,2014,38(13):71-78(in Chinese).

[14]张夏平,宋依群.基于电力不足概率的互联系统备用量需求研究[J].广东电力,2010,23(3):18-21.ZhangXiaping,SongYiqun.Research on reserve requirement of interconnected system based on loss of load probability[J].Guangdong Electric Power,2010,23(3):18-21(in Chinese).

[15]孙荣富,宋永华,张昌华,等.基于线路修正传输极限和交流分布因子的ATC快速计算[J].电力自动化设备,2007,27(8):1-5+10.SunRongfu,SongYonghua,ZhangChanghua,et al.ATC calculation based on modified transfer limits andAC distribution factors [J].Electric Power Automation Equipment,2007,27(8):1-5+10(in Chinese).

[16]王延纬,刘凡,丁涛,等.含多分区电力系统能量备用实时优化调度的动态积极集求解算法[J].西安交通大学学报,2017,51(4):45-52.WangYanwei,LiuFan,DingTao,et al.Dynamic active set algorithm for real-time energy-reserve optimal dispatch in multi-zonal power system[J].Journal of Xi’an Jiaotong University,2017,51(4):45-52(in Chinese).